DE102019112636A1

DE102019112636A1 - Die arrangement with coolant channel

Info

Publication number: DE102019112636A1
Application number: DE102019112636.3A
Authority: DE
Inventors: Jan Rolf Larsson
Original assignee: Alexander Wilden Beteiligungen GmbH
Current assignee: Alexander Wilden Beteiligungen GmbH
Priority date: 2019-05-14
Filing date: 2019-05-14
Publication date: 2020-11-19

Abstract

Es ist eine Gesenkanordnung beschrieben, die einen Sockel zur Aufnahme eines Untergesenks zur Aufnahme eines Kühlmittelleiteinsatzes aufweist, wobei die Gesenkanordnung einen Zwischenraum zwischen dem Untergesenk und dem Kühlmittelleiteinsatz bildet. Der Zwischenraum bildet einen Kühlmittelkanal zur Kühlung des Untergesenks.A die arrangement is described which has a base for receiving a lower die for receiving a coolant guide insert, the die arrangement forming an interspace between the lower die and the coolant guide insert. The space forms a coolant channel for cooling the lower die.

Description

Die Erfindung betrifft eine Gesenkanordnung umfassend einen Sockel zur Aufnahme eines Untergesenks und Kühlmittelleiteinsatzes sowie ein entsprechendes Untergesenk und einen Kühlmittelleiteinsatz, wobei die Gesenkanordnung einen Kühlmittelkanal aufweist.The invention relates to a die arrangement comprising a base for receiving a lower die and coolant guide insert as well as a corresponding lower die and a coolant guide insert, the die arrangement having a coolant channel.

Gesenke sind Werkzeuge zur formgebenden Bearbeitung, wobei ein Gesenk typischerweise ein Untergesenk und ein Obergesenk aufweist, zwischen denen ein Rohling in eine Form gebracht wird, die durch die Formgebung des Unter- und Obergesenks bestimmt ist. Das Untergesenk bildet dabei typsicherweise die Negativform der gewünschten Form, das Obergesenk bildet einen Stempel, der einen Rohling, welcher zwischen Ober- und Untergesenk platziert ist, in die Form presst, welche durch das Ober- bzw. Untergesenk vorgegeben ist. Nach diesem Umformprozess, dem Gesenkformen, weist der dann verformte Rohling die Form des Ober- bzw. Untergesenks auf.Dies are tools for shaping machining, a die typically having a lower die and an upper die, between which a blank is brought into a shape that is determined by the shape of the lower and upper die. The lower die typically forms the negative form of the desired shape, the upper die forms a punch that presses a blank, which is placed between the upper and lower die, into the shape that is specified by the upper and lower die. After this forming process, the die forming, the then deformed blank has the shape of the upper or lower die.

Der zu verformende Rohling ist typischerweise aus einem Metall, beispielsweise aus einem Stahl oder aus einer Aluminium- oder Magnesium- oder einer Speziallegierung. Liegt die Temperatur des Rohlings während des Umformens über der Rekristallisationstemperatur, so spricht man vom Warmumformen; ist das Werkstück heiß, die Temperatur jedoch unterhalb dieser Temperatur, so spricht man vom Halbwarmumformen. In beiden Fällen wird ein Teil der Wärmeenergie von dem Rohling auf das Untergesenk übertragen, sodass das Untergesenk erwärmt und der Rohling von dem Untergesenk gekühlt wird, solange der Rohling das Untergesenk berührt, also mit diesem in thermodynamischem Kontakt steht.The blank to be deformed is typically made of a metal, for example a steel or an aluminum or magnesium or a special alloy. If the temperature of the blank is above the recrystallization temperature during the forming process, one speaks of hot forming; if the workpiece is hot, but the temperature is below this temperature, one speaks of warm forging. In both cases, part of the thermal energy is transferred from the blank to the lower die, so that the lower die is heated and the blank is cooled by the lower die as long as the blank touches the lower die, i.e. is in thermodynamic contact with it.

Eine Kühlung des Ober- und/oder Untergesenks zur Verhinderung einer übermäßigen Erwärmung des Gesenks, die einen erhöhten Verschleiß des Gesenks zur Folge hat, ist aus dem Stand der Technik bekannt. Bei derartigen herkömmlichen Anordnungen mit einem austauschbaren Gesenk wird ein solches beispielsweise auf einen Sockel gesetzt, welcher eine Kühlmittelzu- und -abführung für das austauschbare Gesenk bereitstellt.Cooling of the upper and / or lower die to prevent excessive heating of the die, which results in increased wear on the die, is known from the prior art. In conventional arrangements of this type with an exchangeable die, such a die is placed, for example, on a base which provides a coolant supply and discharge for the exchangeable die.

Derartige herkömmliche gekühlte Gesenke weisen jedoch den Nachteil auf, dass die Kühlkanäle in dem Gesenk feststehen und gar nicht oder nur mit hohem Aufwand verändert oder an spezielle Anforderungen angepasst werden können, da die Gesenke selbst aus einem hochfesten und temperaturbeständigen Material bestehen, beispielsweise einem Stahl. Kühlkanäle in einem Gesenk sind damit nur mit erheblichem Aufwand zu ändern, ebenso ist die Komplexität der Strömungsführung einem solchen Gesenk mit Kühlung begrenzt.However, such conventional cooled dies have the disadvantage that the cooling channels are fixed in the die and cannot be changed at all or only with great effort or can be adapted to special requirements, since the dies themselves consist of a high-strength and temperature-resistant material, for example steel. Cooling channels in a die can therefore only be changed with considerable effort, and the complexity of the flow guidance in such a die with cooling is also limited.

Damit besteht ein Bedarf für eine Gesenkanordnung, welche eine flexiblere Kühlkanalgestaltung zulässt.There is thus a need for a die arrangement which allows a more flexible cooling channel design.

Dieses Problem wird durch ein Gesenk mit einer Kühlung nach Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.This problem is solved by a die with cooling according to claim 1. Advantageous refinements are given in the dependent claims.

Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Figuren beschrieben. Dabei zeigen

1 eine schematische Ansicht der Gesenkanordnung;
2 eine schematische Schnittansicht eines Abschnitts einer Gesenkanordnung mit einem Kühlkanal.

The invention is described below with reference to figures. Show it

1 a schematic view of the die assembly;
2 a schematic sectional view of a portion of a die assembly with a cooling channel.

1 zeigt eine schematische Ansicht einer Gesenkanordnung 1 mit einem Sockel 2, der zur Aufnahme eines Untergesenks 4 und zur Aufnahme eines oder mehrerer Kühlmittelleiteinsätze 3 geeignet ist. Zu der Darstellung ist anzumerken, dass ein Obergesenk, welches beim Gesenkschmieden als Stempel den Rohling in das Untergesenk presst, und ebenso die weiteren herkömmlichen und für das Gesenkschmieden notwendigen Funktionseinheiten in der 1 nicht dargestellt sind. 1 Figure 3 shows a schematic view of a die assembly 1 with a base 2 , which is used to hold a lower die 4th and to accommodate one or more coolant guide inserts 3 suitable is. It should be noted in relation to the illustration that an upper die, which is used as a punch during die forging, presses the blank into the lower die, as well as the other conventional functional units required for die forging in the 1 are not shown.

Das Untergesenk 4 kann in herkömmlicher Weise auf den Sockel 2 aufgesetzt werden und stützt sich auf dem Sockel ab, sodass der Sockel 2 die beim Gesenkschmieden auftretenden Kräfte aufnimmt. Das Untergesenk 4 kann dabei lösbar und in geeigneter und an sich herkömmlicher Weise mit dem Sockel 2 verbunden sein, Einzelheiten dazu sind in der 1 nicht dargestellt. Die Oberfläche des Untergesenks ist in herkömmlicher Weise so ausgestaltet, dass ein Rohling in die gewünschte Form gebracht wird. In einer Ausführungsform kann das Untergesenk zum Formen eines Rades, insbesondere eines Stahlrades ausgebildet sein.The lower die 4th can be attached to the base in a conventional manner 2 be placed on and is supported on the base, so that the base 2 absorbs the forces that occur during drop forging. The lower die 4th can be detachable and in a suitable and conventional manner with the base 2 be connected, details are in the 1 not shown. The surface of the lower die is designed in a conventional manner so that a blank is brought into the desired shape. In one embodiment, the lower die can be designed for forming a wheel, in particular a steel wheel.

Die Unterseite des Untergesenks, als diejenige Seite des Untergesenks, welche sich wenigstens teilweise auf dem Sockel 2 abstützt und nicht mi einem Rohling in Kontakt tritt, weist zur Aufnahme des einen oder der mehreren Kühlmittelleiteinsätze 3 Kavitäten auf, wobei die Gestaltung einer jeden Kavität der Formgebung eines jeweils aufgenommenen Kühlmittelleiteinsatzes zwar im Wesentlichen jedoch mit Abstand folgt, sodass zwischen dem Untergesenk und einem jeweiligen Kühlmittelleiteinsatz ein Zwischenraum verbleibt. Dieser Zwischenraum ist so gestaltet, dass dieser einen jeweiligen Kühlmittelkanal bildet, der entsprechend von Kühlmittel durchströmt werden kann. Das Untergesenk schließt an den Flächen, an denen es auf dem Sockel 2 aufliegt, flüssigkeitsdicht mit dem Sockel ab.The underside of the lower die, as that side of the lower die which is at least partially on the base 2 and does not come into contact with a blank, has to accommodate the one or more coolant guide inserts 3 Cavities, the design of each cavity essentially following the shape of a respectively received coolant guide insert, but with a spacing, so that a gap remains between the lower die and a respective coolant guide insert. This intermediate space is designed so that it forms a respective coolant channel through which coolant can correspondingly flow. The lower die closes on the surfaces where it is on the base 2 rests, liquid-tight with the base.

Der Sockel 2 weist mindestens eine Kühlmittelzuführung und eine entsprechende Kühlmittelabführung zur Zuleitung und Ableitung von Kühlmittel auf, die in 1 nicht dargestellt sind. Das Kühlmittel kann dabei in herkömmlicher Weise Wasser oder ein Hydrauliköl oder sonstiges geeignetes Fluid sein. Die Kühlmittelzu- und - abführung können dabei in herkömmlicher Weise als Bohrungen durch den Sockel gestaltet sein. Der Auslass der Kühlmittelzuführung ist in dem Sockel 2 so angeordnet, dass dieser an dem Kühlmittelkanal platziert ist, der von dem Zwischenraum zwischen Untergesenk und Kühlmittelleiteinsatz gebildet ist, sodass das Kühlmittel in den Zwischenraum, siehe 2 Bezugszeichen 7, also den Kühlmittelkanal, strömen kann. Entsprechend ist die Kühlmittelabführung in dem Sockel so angeordnet, dass die Einlassöffnung der Kühlmittelabführung das Ausströmen des Kühlmittels aus dem Kühlmittelkanal ermöglicht; die Kühlmittelabführung schließt fluidmäßig also auch an den Kühlmittelkanal an..The base 2 has at least one coolant inlet and a corresponding coolant outlet for the inlet and outlet of coolant, which in 1 are not shown. The coolant can be water or a hydraulic oil or other suitable fluid in a conventional manner. The coolant supply and discharge can be designed in a conventional manner as bores through the base. The outlet of the coolant supply is in the base 2 so arranged that it is placed on the coolant channel formed by the space between the lower die and the coolant guide insert, so that the coolant enters the space, see FIG 2 Reference number 7th , so the coolant channel, can flow. Correspondingly, the coolant discharge is arranged in the base in such a way that the inlet opening of the coolant discharge enables the coolant to flow out of the coolant channel; the coolant discharge fluidly also connects to the coolant channel ..

Ein jeweiliger Kühlmittelleiteinsatz 3 ist an dem Sockel entsprechend so platziert, dass dieser die Öffnungen der Kühlmittelzu- und der Abführung offenlässt und ein Durchströmen des Kühlmittelkanals 7 sicherstellt. Der Kühlmittelleiteinsatz kann dazu mit dem Sockel in fest lösbarer Weise verbunden sein. Alternativ kann ein Kühlmittelleiteinsatz 3 in seiner relativen Position zum Sockel 2 und zum Untergesenk 4 durch das Untergesenk fixiert sein, beispielsweise durch Eingriff einer an der Unterseite des Untergesenks 4 platzierten Rippe in eine entsprechende Aussparung eines Kühlmittelleiteinsatzes 3.A respective coolant guide insert 3 is placed on the base in such a way that it leaves the openings for the coolant inlet and outlet open and the coolant channel can flow through 7th ensures. For this purpose, the coolant guide insert can be connected to the base in a permanently detachable manner. Alternatively, a coolant guide insert can be used 3 in its relative position to the base 2 and to the lower die 4th be fixed by the lower die, for example by engaging one on the underside of the lower die 4th placed rib in a corresponding recess of a coolant guide insert 3 .

Ein Kühlmittelleiteinsatz 3 bildet in Zusammenspiel mit dem Untergesenk 4 einen Kühlmittelkanal 7 zur Führung eines Kühlmittelstroms zwischen dem Ende einer Kühlmittelzuführung 5 und einer Kühlmittelabführung 6, wie in 2 dargestellt. Die Richtung des Kühlmittelstroms kann dabei beliebig gewählt werden.A coolant guide insert 3 forms in interaction with the lower die 4th a coolant channel 7th for guiding a coolant flow between the end of a coolant supply 5 and a coolant discharge 6th , as in 2 shown. The direction of the coolant flow can be selected as desired.

Während ein Untergesenk 4 typischerweise aus einem hochfesten und damit nur aufwändig zu ver- und bearbeitenden Werkstoff besteht, beispielsweise einem hochfesten und temperaturbeständigen Stahl, kann ein Kühlmittelleiteinsatz 3 aus einem vergleichbar weichen Werkstoff gefertigt werden, da im Wesentlichen lediglich die Kräfte des Kühlmittels auf einen Kühlmittelleiteinsatz 3 wirken. Weiterhin ist der Kühlmittelleiteinsatz nahezu permanent mit Kühlmittel umgeben und dementsprechend gut gekühlt, sodass der Werkstoff des Kühlmittelleiteinsatzes 3 nicht hochtemperaturbeständig sein muss. Der Kühlmittelleiteinsatz kann daher aus einem vergleichsweise einfachen Kunststoff bestehen. Insbesondere kann der Kühlmittelleiteinsatz aus einem Kunststoff mit einem 3D-Drucker hergestellt werden. Alternativ kann ein Kühlmittelleiteinsatz 3 aus einer Kunststofffolie oder Platte durch ein geeignetes Umformverfahren, beispielsweise durch ein Formblasen hergestellt werden.While a lower die 4th typically consists of a high-strength material that is difficult to process and process, for example high-strength and temperature-resistant steel, a coolant guide insert can 3 be made of a comparably soft material, since essentially only the forces of the coolant on a coolant guide insert 3 Act. Furthermore, the coolant guide insert is almost permanently surrounded by coolant and is accordingly well cooled, so that the material of the coolant guide insert 3 does not have to be high temperature resistant. The coolant guide insert can therefore consist of a comparatively simple plastic. In particular, the coolant guide insert can be produced from a plastic with a 3D printer. Alternatively, a coolant guide insert can be used 3 from a plastic film or plate by a suitable forming process, for example by blow molding.

Wie oben erwähnt umschließen der Sockel 2 und das Untergesenk 4 einen Kühlmittelleiteinsatz 3 mit Abstand, sodass ein Zwischenraum zwischen dem Untergesenk 40 und dem Kühlmittelleiteinsatz 3 gebildet ist, durch den das Kühlmittel strömen kann. Dementsprechend strömt das Kühlmittel unmittelbar an der Unterseite des Untergesenks entlang, sodass eine Wärmeübertragung vom Untergesenk 4 auf das Kühlmittel stattfinden kann und das Untergesenk damit gekühlt wird. Alternativ könnte ein Untergesenk 4 durch Zuführung eines erwärmten (Kühl-)Mittels entsprechend vorgewärmt werden.As mentioned above, enclose the base 2 and the lower die 4th a coolant guide insert 3 at a distance so that there is a gap between the lower die 40 and the coolant guide insert 3 is formed through which the coolant can flow. Accordingly, the coolant flows directly along the underside of the lower die, so that heat is transferred from the lower die 4th can take place on the coolant and the lower die is thus cooled. Alternatively, a lower die could be used 4th be appropriately preheated by adding a heated (cooling) agent.

Die Unterseite des Untergesenks bildet damit eine Wand des Kühlmittelkanals 7. Der Kühlmittelkanal 7 und damit die Strömungsverhältnisse darin werden dementsprechend durch die Gestaltung der Unterseite des Untergesenks 4 und durch die Gestaltung des Kühlmittelleiteinsatzes definiert. Durch entsprechende Gestaltung des Kühlmittelkanals kann die Kühlung des Untergesenks beeinflusst werden. So kann bei vorgegebenem Volumenstrom durch eine düsenartige Verengung 8 des Strömungsquerschnitts an einer Stelle ein schnelles Fließen des Kühlmittels bewirkt werden, sodass an der Verengung des Kühlmittelkanals die Wärmeübertragung größer ist als in anderen Abschnitten des Kühlmittelkanals, die einen größeren Strömungsquerschnitt und damit eine geringere Fließgeschwindigkeit des Kühlmittels aufweisen.The underside of the lower die thus forms a wall of the coolant channel 7th . The coolant duct 7th and thus the flow conditions therein are accordingly determined by the design of the underside of the lower die 4th and defined by the design of the coolant guide insert. The cooling of the lower die can be influenced by appropriate design of the coolant channel. Thus, with a given volume flow, a nozzle-like constriction 8th of the flow cross-section, a rapid flow of the coolant can be brought about at one point, so that the heat transfer is greater at the narrowing of the coolant channel than in other sections of the coolant channel that have a larger flow cross-section and thus a lower flow rate of the coolant.

Die Unterseite des Untergesenks 4 und dementsprechend der Kühlmittelleiteinsatz 3 können auch so ausgestaltet sein, dass das Kühlmittel von der Oberfläche bzw. der Unterseite des Untergesenks weggeführt wird. Dies kann durch eine entsprechende Ausformung 9 der Unterseite des Untergesenks 4 bewirkt werden. Weil in diesem Bereich das Kühlmittel nur in größerer Entfernung an der Oberfläche des Untergesenks 4 vorbeigeleitet wird, findet nur eine vergleichsweise geringe Wärmeübertragung auf das Kühlmittel, also Wärmeableitung, statt. Die durch das Kühlmittel bewirkte Kühlung der Oberfläche kann auch durch einen großen Strömungsquerschnitt, also einen großen Zwischenraum zwischen Untergesenk 4 und Kühlmittelleiteinsatz 3 bewirkt werden, in welchem das Kühlmittel bei gegebenem Volumendurchsatz langsam fließt und damit eine vergleichsweise geringe Wärmeabfuhr stattfindet..The underside of the lower die 4th and accordingly the coolant guide insert 3 can also be designed in such a way that the coolant is led away from the surface or the underside of the lower die. This can be done through a corresponding molding 9 the bottom of the lower die 4th be effected. Because in this area the coolant is only at a greater distance on the surface of the lower die 4th is bypassed, there is only a comparatively low heat transfer to the coolant, i.e. heat dissipation. The cooling of the surface brought about by the coolant can also be achieved by means of a large flow cross-section, that is to say a large space between the lower die 4th and coolant guide insert 3 in which the coolant flows slowly for a given volume flow and thus a comparatively low heat dissipation takes place ..

Durch die Gestaltung der Unterseite des Untergesenks 4 in Zusammenspiel mit der Gestaltung des Kühlmittelleiteinsatzes 3 können auf diese Weise die Strömungsgeschwindigkeiten und -verhältnisse angepasst werden, sodass die Oberfläche des Untergesenks in verschiedenen Bereichen unterschiedlich gekühlt oder erwärmt wird. Auf diese Weise kann das Temperaturprofil der Oberfläche des Untergesenks 4 durch entsprechende Gestaltung der Unterseite des Untergesenks und durch entsprechende Gestaltung des Kühlmittelleiteinsatzes beeinflusst werden.By designing the underside of the lower die 4th in interaction with the design of the coolant guide insert 3 In this way, the flow velocities and conditions can be adapted so that the surface of the lower die is cooled or heated differently in different areas. In this way, the temperature profile of the surface of the lower die 4th can be influenced by appropriate design of the underside of the lower die and by appropriate design of the coolant guide insert.

In einer Ausführungsform kann die Gesenkanordnung mehrere Kühlmittelleiteinsätze aufweisen, zu denen ein Untergesenk eine entsprechende Anzahl von Kavitäten aufweist. Die mehreren Kühlmittelleiteinsätze können umfangsmäßig gleichverteilt angeordnet sein, wobei einer jeweiligen Kavität eine Kühlmittelzu- und eine Kühlmittelabführung zugeordnet sind.In one embodiment, the die arrangement can have a plurality of coolant guide inserts, for which a lower die has a corresponding number of cavities. The plurality of coolant guide inserts can be arranged evenly distributed around the circumference, a coolant supply and a coolant discharge being assigned to a respective cavity.

Auf diese Weise kann in einer Ausführungsform insbesondere für das Gesenkschmieden von Stahlrädern das Temperaturprofil der Oberseite des Untergesenks so eingestellt werden, dass eine gewünschte Abkühlung durch entsprechende Gestaltung der Kühlmittelkanäle erreicht wird. Insbesondere kann ein Temperaturprofil in einfacher Weise durch Änderung des Kühlmittelleiteinsatzes verändert und angepasst werden, wobei das Untergesenk unverändert bleiben kann. Auf diese Weise können das Temperaturprofil und die Kühlgeschwindigkeit an der Oberfläche eines Untergesenks in einfacher Weise, nämlich durch Austausch entsprechend geeigneter Kühlmittelleiteinsätze, angepasst werden. In this way, in one embodiment, in particular for the drop forging of steel wheels, the temperature profile of the upper side of the lower die can be set in such a way that a desired cooling is achieved by appropriate design of the coolant channels. In particular, a temperature profile can be changed and adapted in a simple manner by changing the coolant guide insert, and the lower die can remain unchanged. In this way, the temperature profile and the cooling speed on the surface of a lower die can be adapted in a simple manner, namely by exchanging appropriately suitable coolant guide inserts.

11: GesenkanordnungDie assembly
22: Sockelbase
33: KühlmittelleiteinsatzCoolant guide insert
44th: UntergesenkLower die
55: KühlmittelzuführungCoolant supply
66: KühlmittelabführungCoolant discharge
77th: Zwischenraum, KühlmittelkanalSpace, coolant channel
88th: Düsenartige VerengungNozzle-like narrowing
99: AusformungShaping

Claims

Die arrangement (1) comprising a base (2) for receiving a lower die (4) and for receiving at least one coolant guide insert (3), wherein the base (2) has a coolant supply (5) and a coolant discharge (6) for supplying and removing coolant to and from a coolant channel (7), and wherein the die arrangement has an intermediate space (7) between the lower die (4) and the coolant guide insert (3) as a coolant channel (7).

Die arrangement according to Claim 1 , wherein the coolant guide insert (3) is formed from a plastic.

Die arrangement according to one of the preceding claims, wherein the space (7) is fluidically connected to the coolant supply (5) and the coolant discharge (6) of the base (2).

Die arrangement according to one of the preceding claims, wherein the coolant guide insert (3) is firmly detachably connected to the base (2).

Die arrangement according to one of the preceding claims, wherein the cross-sectional area of the gap (7) in at least one subsection is a maximum of 2/3 and particularly preferably less than half the flow cross-section in another subsection.

Die arrangement according to one of the preceding claims, wherein the lower die (4) is arranged in each section at a distance from the at least one coolant guide insert (3).

Die arrangement according to one of the preceding claims, wherein a lower die (4) terminates in a liquid-tight manner with the base (2).

Die arrangement according to one of the preceding claims, wherein the lower die (4) has a plurality of cavities for receiving a corresponding plurality of coolant guide inserts.

Die arrangement according to Claim 8 , with a respective coolant supply and a respective coolant discharge being provided for each cavity.